Высокая температура и высокое давление in situ Волшебный угол спиннинг ядерной магнитно-резонансной спектроскопии

Этот неразрушающий метод может быть использован для анализа сложных систем при контролируемых температурах и давлениях с течением времени, и поэтому очень полезен для исследования ключевых научных вопросов. Эти методы позволяют проводить эксперименты ЯМР в строго контролируемых и специализированных условиях для решения проблем в условиях, имеющих отношение к изучаемой научной гипотезе. Многоядерный характер ЯМР делает его пригодным для работы с многочисленными образцами.

В сочетании с этим методом он может дать представление о множестве систем, охватывающих такие области, как кетолиз, геохимия и биология. Для предварительной обработки твердого образца весьте примерно в два раза больше массы твердого образца, чем требуется для эксперимента ЯМР, и поместите твердый образец в кварцевую пробирку для образцов, закупоренную кварцевой ватой. Подсоедините запорные клапаны к трубке для предварительной обработки и закрепите конец трубки на газоизоляционном клапане в открытом положении.

Затем поместите трубку в прохладную печь и начните лечение. После обработки остановите поток и вакуум, а также выключите регулятор температуры. Отсоедините кварцевую трубку от системы обработки и быстро запечатайте образец с помощью запорных клапанов, чтобы сохранить желаемую среду для образца.

Затем перенесите трубки и закрытые клапаны в прихожую. Чтобы загрузить образцы в ротор ЯМР, сначала поместите ротор в держатель, чтобы сохранить направленность, и поместите воронку для образцов в отверстие ротора. Снимите запорный клапан с пробирки для образца и налейте небольшое количество твердого материала в воронку.

Вбейте порошок в воронку с помощью уплотнительного стержня, чтобы при необходимости слегка направить образец в ротор. Когда желаемое количество образца загружено, можно использовать микрошприц для медленного впрыскивания желаемого объема жидкого образца в центр ротора перед тем, как поместить колпачок на верхнюю часть ротора, и поворачивая колпачок против часовой стрелки с помощью наконечника ротора, чтобы войти в зацепление с уплотнительным кольцом между ротором и колпачком. Чтобы зарядить ротор ЯМР интересующими химическими веществами, поместите герметичный ротор на столик ротора и затяните гайку вручную, чтобы зафиксировать ротор на месте.

Опустите роторный столик в нижнюю часть устройства воздействия высокого давления и с помощью шестигранного ключа поверните один из винтов на 90 градусов, чтобы закрепить роторный столик в нижней части устройства воздействия. Поместите верхнюю секцию загрузочного устройства ЯМР в нижнюю секцию и поверх нее, при этом наконечник колпачка ЯМР должен быть выровнен по верхней части головки колпачка ротора ЯМР. Поместите два зажима на верхнюю часть губы, где встречаются верхняя и нижняя части устройства для экспонирования, и зафиксируйте зажимы на месте.

Затяните шесть болтов в верхней части верхней секции устройства для облучения, чтобы войти в зацепление с поверхностью потолка между верхней и нижней секциями, и подсоедините термопару на верхней секции устройства для облучения ЯМР к входу и выходам газопровода. Подайте вакуум в систему для продувки загрузочной камеры высокого давления от окружающих газов. Откройте клапаны источника газа на шприцевом насосе высокого давления и запустите программу, установленную на насосе, контролируя реальное давление внутри устройства воздействия.

Чтобы открыть ротор ЯМР, поверните внешний винтовой механизм, который соединен с внутренним наконечником ЯМР по часовой стрелке, чтобы газ с нужным давлением вошел в ротор ЯМР и уравновесился. Чтобы снова герметизировать ротор ЯМР, поверните внешний винтовой механизм против часовой стрелки. Смотровое окно поможет определить, когда ротор закрыт.

Затем откройте газоотводный клапан устройства воздействия, чтобы медленно разгерметизировать систему. Чтобы провести эксперимент по ЯМР с волшебным углом вращения, поместите ротор ЯМР в катушку ЯМР на зонде ЯМР, а затем поднимите и зафиксируйте зонд на месте в отверстии магнита. Используйте блок управления вращением с волшебным углом, чтобы отрегулировать образец до желаемой скорости вращения ротора и начать вращение образца.

Используйте компьютер, чтобы начать последовательность согласования настройки на нужном канале, и отрегулируйте настройки согласования на пробнике для оптимизации электроники датчика, а затем соберите данные ЯМР с волшебным углом вращения. В этом репрезентативном анализе можно получить некоторое представление о механизме рабочей реакции превращения этанола в бутены. Образование бутиральдегида в сочетании с одновременным исчезновением пиков, характерных для кротональдегида, с последующим потреблением бутиральдегида и сопутствующим появлением пиков, характерных для н-бутенов, позволяет предположить, что бутиральдегид является промежуточным продуктом в образовании н-бутена.

Высокотемпературный ЯМР с магическим углом вращения in situ также может быть использован для лучшего понимания эволюции химических веществ для биологических применений. Например, как показывает этот репрезентативный спектр ЯМР вращения углерода-13 раствора сока для вейпа, исходный глицерин присутствует в концентрациях 63 и 73 частей на миллион. С течением времени при температуре 130 градусов Цельсия в кислородной среде токсины акриловая кислота и муравьиная кислота с формальдегидом появляются в концентрации 175 и 164 частей на миллион соответственно.

Продукт окисления углекислого газа наблюдается при 125 частях на миллион. И самое главное, что даже при таких низких температурах ацетильные виды формальдегида и ацетальдегида наблюдаются в диапазоне от 50 до 112 частей на миллион. Добавление исходного глицерина к формальдегиду и ацетилальдегиду приводит к образованию новых геми-ацетиловых форм в концентрации 105 и 112 частей на миллион, которые действуют как переносчики альдегида и могут самовзаимодействовать и обезвоживаться с образованием новых ацетиловых форм.

Многочисленные другие пики от 50 до 80 частей на миллион соответствуют многим другим химическим средам геми-ацетилов и ацетилов. Помимо безопасной работы, важно поддерживать окружающую среду внутри ротора во время передачи, особенно при снятии верхней части камеры, так как крышка ротора все еще будет зацеплена. Поскольку ЯМР является неразрушающим, можно проводить дополнительные характеристики, такие как рентгеновская дифракция, газовая хроматография/масс-спектрометрия и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, что позволяет сравнивать результаты ЯМР с дополнительной информацией по тому же образцу.

Эти измерения, полученные при повышенных температурах и давлениях, позволили исследователям решать сложные проблемы способом, который ранее был невозможен, рассматривая сложные системы в соответствующих условиях.